tetrad2

Содержание
Описание конструктора……………………………………………………5
Лабораторная работа № 1 Учимся собирать и рисовать
электрическую цепь……………………………………………………………...8
Лабораторная работа № 2 Изучаем действия, которые
вызывает электрический ток………………………………………………...11
Лабораторная работа № 3 Учимся измерять силу тока при
помощи мультиметра…………………………………………………………13
Лабораторная работа № 4 Учимся измерять напряжение при
помощи цифрового мультиметра……………………………………………15
Лабораторная работа № 5 Учимся измерять сопротивление
при помощи цифрового мультиметра……………………………………….17
Лабораторная работа № 6 Исследуйте влияние резистора на
силу тока в цепи………………………………………………………………...19
Лабораторная работа № 7 Изучаем зависимость силы тока
от напряжения…………………………………………………………………20
Лабораторная работа № 8 Изучаем зависимость силы тока
от величины сопротивления нагрузки……………………………………….23
Лабораторная работа № 9 Определяем напряжение на
участке цепи…………………………………………………………………….26
Лабораторная работа № 10 Определяем сопротивление на
участке цепи при помощи амперметра и вольтметра……………………28
Лабораторная работа № 11 Градуируем переменный резистор
по напряжению…………………………………………………………………30
Лабораторная работа № 12 Градуируем переменный резистор
по сопротивлению………………………………………………………………32
Лабораторная работа № 13 Градуируем переменный резистор
по току…………………………………………………………………………...34
Лабораторная работа № 14 Определяем величину сопротивления
по величине тока в цепи……………………………………………………….36
2
Лабораторная работа № 15 Определяем сопротивление
проводника при помощи моста Уитстона………………………………….39
Лабораторная работа № 16 Учимся регулировать силу тока
с помощью реостата…………………………………………………………...42
Лабораторная работа № 17 Изучаем переменный резистор,
исполняющий роль делителя напряжения – потенциометра……………44
Лабораторная работа № 18 Определяем работу и мощность
электрического тока…………………………………………………………...46
Лабораторная работа № 19 Измеряем ЭДС и внутреннее
сопротивление источника тока……………………………………………...49
Лабораторная работа № 20 Изучаем зависимость сопротивления
металлического проводника от его длины…………………………………..52
Лабораторная работа № 21 Изучаем зависимость сопротивления
металлического проводника от его площади поперечного сечения………54
Лабораторная работа № 22 Изучаем зависимость сопротивления
металлического проводника от материала, из которого он
изготовлен…………………………………………………………………….....57
Лабораторная работа № 23 Определяем длину проводника…………..58
Лабораторная работа № 24 Определяем диаметр проволочного
проводника…………………………………………………………………….....60
Лабораторная работа № 25 Определяем материал, из которого
изготовлен проводник………………………………………………………….62
Лабораторная работа № 26 Изучаем последовательное
соединение проводников………………………………………………………..64
Лабораторная работа № 27 Изучаем параллельное соединение
проводников……………………………………………………………………...67
Лабораторная работа № 28 Изучаем параллельное и
последовательное соединение проводников………………………………….70
Лабораторная работа № 29 Изучаем вольтамперную
характеристику лампы накаливания………………………………………..74
3
Лабораторная работа № 30 Изучаем вольтамперную
характеристику светодиода………………………………………………….77
Лабораторная работа № 31 Изучаем одностороннюю
проводимость диода……………………………………………………………79
Лабораторная работа № 32 Изучаем зависимость сопротивления
полупроводника от температуры……………………………………………83
Лабораторная работа № 33 Изучаем зависимость
сопротивления металлического проводника от температуры………….85
Приложение 1 Цифровой мультиметр…………………………………………87
Приложение 2…………………………………………………………………….90
4
Описание конструктора.
Набор-конструктор по электродинамике предназначен для выполнения
фронтальных лабораторных работ в 8-х и 10-х классах по теме «Постоянный
электрический ток», для работы на физических практикумах по данной теме
и проведения некоторых демонстраций. Конструктор включает в себя набор
деталей, которые установлены на опорных площадках с условными графическими обозначениями (УГО) и снабжены соединительными выводами.
Название
Наимено-
Ко-
вание
личество
Переключатель
1 шт
движковый
Кнопочный выклю-
1 шт
чатель
Лампа накаливания
2,5 В
Светодиод
Резистор
Переменный резистор
Диод
2 шт
1 шт
120 Ом
2 шт
390 Ом
1 шт
220 Ом ±
1 шт
5%
1 шт
5
УГО
Также в набор входят:

боксы для батареек
3 шт
 лампочка неоновая
1 шт
 пластинка из оргстекла
1 шт
 набор проводников
1 шт
 электроды
2 шт
 магнитная стрелка
1 шт
 цифровой мультиметр
1 шт
 полупроводник
1 шт
 металлическое сопротивление 1 шт
 стакан
1 шт
Внешний вид конструктора:
6
Набор помещен в ящик размерами (320х185х60) мм, внутри которого
имеются отсеки для деталей конструктора и мультиметра:
7
Лабораторная работа № 1
Учимся собирать и рисовать электрическую цепь.
Чтобы собрать электрическую цепь необходимо определить из каких
элементов она состоит и как эти элементы (составные части цепи) будут соединены.
Рассмотрим способы соединения элементов между собой. Для наглядности
введем графическое представление элемента электрической цепи в виде человечка
Руки этого человечка будут соединительными клеммами. С их помощью он может соединяться с другими человечками.
Итак, различают три вида соединений: последовательное, параллельное
и смешанное.
При последовательном соединении соответствующие элементы объединяются в цепь один за другим:
При параллельном соединении – клеммы одного элемента прикрепляются к клеммам другого:
Смешанное – это сложное соединение, являющееся комбинацией последовательного и параллельного соединений.
Электрическая цепь может быть полной и неполной.
Простая полная или замкнутая электрическая цепь включает набор
элементов соединенных по кругу:
8
Неполная цепь или участок цепи включает один или несколько элементов:
В качестве элементов электрической цепи могут выступать: лампочка,
батарейка, выключатель и т.д. Схемы рисуют при помощи условных графических изображений, которые показаны на элементах и в таблице при описании конструктора.
Используя условные обозначения, изображенные на элементах, нарисуйте схему электрической цепи состоящей из последовательно соединенных
лампочки, батарейки и выключателя.
Соберите электрическую цепь из набора реального оборудования и
проверьте её работоспособность.
Зафиксируйте в тетради результаты этой проверки.
Используя условные обозначения, изображенные на элементах, нарисуйте схему электрической цепи состоящей из двух параллельно соединенных лампочек и последовательно соединенных с ними батарейки и выключателя.
9
Соберите электрическую цепь из набора реального оборудования и
проверьте её работоспособность.
Зафиксируйте в тетради результаты этой проверки.
10
Лабораторная работа № 2
Изучаем действия, которые вызывает электрический ток.
Подключите лампочку к источнику электрического тока (лучше в затемненной комнате). Что Вы наблюдаете?
Какое действие оказывает ток?
Теперь прикоснитесь к лампочке рукой и запишите свои ощущения.
Какое действие в этом случае оказывает ток?
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя и двух электродов, опущенных в раствор соли.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора и включите ее. Посмотрите, что происходит на электродах при прохождении через раствор электрического тока. Опишите наблюдаемое явление:
Какое действие оказывает электрический ток?
11
Для следующего опыта подключите последовательно к источнику питания ключ и проволоку. Поднесите к проволоке магнитную стрелку. Зарисуйте схему опыта.
Включите цепь и опишите Ваши наблюдения:
Как называется, наблюдаемое Вами, действие электрического тока?
Сделайте вывод по проделанной работе:
12
Лабораторная работа № 3
Учимся измерять силу тока при помощи мультиметра.
Ознакомьтесь с цифровым мультиметром, который вы будете использовать в качестве амперметра (см. приложение).
Используйте условное обозначение амперметра -
А
Черный провод включается в общее гнездо «COM». Красный провод
включите в среднее гнездо «VΩmA». Установите ручку переключателя рода
работ на сектор «DCA» (измерение постоянного тока). Щупы устанавливаются в разрыв цепи на участок, где необходимо измерить силу тока, причем
красный – к «+», а черный – к «–». Подключение красного провода к точке с
отрицательным потенциалом индуцируется знаком «–» на дисплее.
Важно!! Мультиметр как амперметр включается в цепь только
последовательно с участком, где измеряется сила тока. Непосредственное включение щупов к источнику тока не допускается.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите схему электрической цепи, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, амперметра, лампочки и резистора R1.
Соберите цепь из элементов конструктора.
Установите переключатель пределов на максимальный предел измерения – 200 мА. Замкните выключатель и зафиксируйте значение силы тока,
запишите его в таблицу.
13
Предел измерения
Iизмеренное, А
∆I, А
I = Iизмеренное ± ∆I, А
200 мА
20 мА
2000 мкА
200 мкА
Переходя на более низкий предел измерений, запишите значения силы
тока в цепи.
Помните, что появление на дисплее знаков «1» или «–1» говорит о перегрузки мультиметра. Это значит, что на данном пределе невозможно измерить величину.
Используя паспортные данные измерительного прибора, определите
абсолютную систематическую погрешность измерения силы тока ΔI (смотри
в описании мультиметра п.4) для всех возможных пределов и запишите полученные значения в таблицу.
Окончательный результат запишите в виде I = Iизмеренное ± ΔI для каждого предела измерения.
Сравните полученные результаты между собой в пределах ошибки измерений. Объясните имеющиеся расхождения.
Сделайте вывод по проделанной работе:
Повторите измерения, изменив полярность включения щупов в цепь, и
объясните причину появления знака «- » на дисплее:
14
Лабораторная работа № 4
Учимся измерять напряжение при помощи цифрового
мультиметра.
В качестве вольтметра вы будете использовать цифровой мультиметр.
Цифровой мультиметр как и вольтметр включают в цепь параллельно тому
участку, на котором необходимо измерить напряжение.
Используйте условное обозначение вольтметра –
V
Черный провод включается в общее гнездо «COM». Красный провод в
включите в среднее гнездо «VΩmA». Установите ручку переключателя рода
работ на сектор «DCV». Щупы устанавливаются параллельно, т.е. к концам
участка, где необходимо измерить напряжение, причем красный – к «+», а
черный – к «–».
Используя условные обозначения, изобразите схему электрической
цепи.
Измерьте напряжение батарейки. Для этого установите переключатель
на максимальный предел 1000 В и, переходя на более низшие пределы, проведите измерения. Результаты занесите в таблицу.
Предел измере-
Uизмеренное, В
∆U, В
ния
1000 В
200 В
20 В
2000 мВ
200 мВ
15
U = Uизмеренное ± ∆U, В
ε,%
Используя паспортные данные измерительного прибора, определите
абсолютную систематическую погрешность измерения напряжения ΔU для
всех пределов измерения.
Запишите полученные значения в таблицу.
Окончательный результат запишите в виде U = Uизмеренное ± ΔU для
каждого предела измерения.
Сравните полученные результаты между собой в пределах ошибки измерений. Объясните имеющиеся расхождения.
Сделайте вывод по проделанной работе:
Дополнительное задание: Определите относительную систематическую погрешность (  
U
 100% ) измерения напряжения для каждого слуU изм
чая и запишите в последнюю колонку таблицы.
Сделайте вывод о величине относительной систематической ошибки
измерения напряжения:
16
Лабораторная работа № 5
Учимся измерять сопротивление при помощи
цифрового мультиметра.
Подключите черный провод к разъему «COM» (нижнее гнездо), а красный к разъему «VΩmA» (среднее гнездо). Установите переключатель рода
работы на сектор «Ω».
Важно!! В этом режиме работы напряжение открытого контура
между щупами составляет около 3 В.
Замкните щупы накоротко между собой. При этом на дисплее высветится «000», свидетельствуя о том, что сопротивление между щупами равно
нулю. На пределе «200 Ом» при замыкании щупов накоротко допускается
показание прибора до 1 Ом.
Используйте условное обозначение омметра -
Ω
Установите переключатель на максимальный предел 2000 кОм и переходя на более низшие проведите измерения сопротивления резистора R1 (для
этого присоедините концы щупов к концам резистора).
Используя условные обозначения, изобразите схему электрической цепи.
Результаты занесите в таблицу.
Предел изме-
Rизмеренное, Ом
∆R, Ом
рения
2000 кОм
200 кОм
20 кОм
2000 Ом
200 Ом
17
R = Rизмеренное ± ∆R, Ом
ε,%
Используя паспортные данные измерительного прибора и условные
обозначения на резисторах, определите абсолютную систематическую погрешность измерения сопротивления ΔR для всех пределов измерения.
Запишите полученные значения в таблицу.
Окончательный результат запишите в виде R = Rизмеренное ± ∆R, Ом для
каждого предела измерения.
Сравните полученные результаты между собой в пределах ошибки измерений. Объясните имеющиеся расхождения.
Сделайте вывод по проделанной работе:
Дополнительное задание: Определите относительную систематическую погрешность (  
R
 100% ) измерения сопротивления для каждого
Rизм
случая и запишите в последнюю колонку таблицы.
Сделайте вывод о величине относительной систематической ошибки
измерения сопротивления:
18
Лабораторная работа № 6
Исследуйте влияние резистора на силу тока в цепи.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, лампочки и амперметра.
Соберите электрическую цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). Включите цепь, измерьте силу тока и зафиксируйте яркость лампы. Результаты занесите в таблицу.
Участок цепи
Rдоп,
Ом
I,
А
Накал
нити лампы
R1
R3
Последовательно в эту цепь включите резистор R1. Измерьте силу тока
в цепи и укажите степень свечения нити накала лампы.
Затем вместо резистора R1 включите резистор R3 и повторите измерения.
По данным таблицы сделайте вывод о том, как сопротивление участка
влияет на силу тока в цепи и степень свечения лампы:
19
Лабораторная работа № 7
Изучаем зависимость силы тока от напряжения.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, амперметра и резистора.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). Резистор можно взять любого номинала. В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и измерьте силу тока в цепи. Используя мультиметр в
качестве вольтметра, определите напряжение на резисторе. Результаты измерений занесите в таблицу.
Увеличивая напряжение на 1 элемент. Измеряйте силу тока в цепи и
напряжение на резисторе.
№ опыта
1
2
3
I, mА
U, В
По результатам измерений представленных в таблице постройте график зависимости силы тока от напряжения. Для этого изобразите экспери20
ментальные точки на координатной плоскости и соедините их плавной кривой.
I,mА
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
1
3
2
4
5
U, В
Сделайте вывод о характере изменения силы тока с изменением напряжения:
Почему для графика выбран такой масштаб?
Дополнительное задание: Используя паспортные данные измерительного
прибора определите абсолютную (ΔI, ΔU) и относительную систематическую
21
погрешность (  I 
I
U
 100% ,  U 
 100% ) измерения тока и напряжения для
I
U
каждой экспериментальной точки.
№ опыта
I, mА
ΔI, mА
I ,%
U, В
ΔU, В
U , %
1
2
3
Сделайте вывод о величине относительной систематической ошибки
измерения величин тока и напряжения:
22
Лабораторная работа № 8
Изучаем зависимость силы тока от
величины сопротивления нагрузки.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, амперметра и резистора R1.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и измерьте силу тока в цепи. Используя мультиметр в
качестве омметра, определите сопротиление на резисторе R1. Результаты измерений занесите в таблицу.
Подключите последовательно резистор R2 и измерьте силу тока в цепи
и сопротивление на участке R1+ R2.
Затем добавьте резистор R3. И вновь проведите измерение силы тока в
цепи и сопротивления на участке R1+ R2 +R3.
№ опыта
I, mА
1
2
3
23
Rполное, Ом
По результатам измерений представленных в таблице постройте график зависимости силы тока от сопротивления нагрузки. Для этого выберите
нужный масштаб, изобразите экспериментальные точки на координатной
плоскости и соедините их плавной кривой.
I, mА
R,Ом
Сделайте вывод о характере изменения силы тока с изменением сопротивления нагрузки:
Дополнительное задание: Используя паспортные данные измерительного
прибора и условные обозначения на резисторах, определите абсолютную (ΔI,
ΔR)
( I 
и
относительную
систематическую
погрешность
I
R
 100% ,  R 
 100% ) измерения тока и сопротивления для каждой
I
R
экспериментальной точки.
24
№ опыта
I, mА
ΔI, mА
I ,%
R,Ом
ΔR, Ом
R , %
1
2
3
Сделайте вывод о величине относительной систематической ошибки
измерения величин тока и сопротивления:
25
Лабораторная работа № 9
Определяем напряжение на участке цепи.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, резистора, амперметра.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора.
Включите цепь и измерьте силу тока в цепи и сопротивление резистора. Запишите чему они равны в виде I = Iизмеренное ± ΔI , R = Rизмеренное ± ΔR,
где ΔI, ΔR- систематическая погрешность определения силы тока и сопротивления мультиметром.
ΔI =
I=
ΔR =
R=
По закону Ома вычислите напряжение: Uтеор =
Рассчитайте ошибку косвенных измерений по формуле: U  U теор  (
I
R

)
I изм Rизм
ΔU=
Результат запишите в виде U= Uтеор ± ΔU
При помощи мультиметра измерьте истинное значение напряжения
Uист и запишите его с учётом ошибки измерения:
Uист=
26
Сравните полученные значения величин напряжения U и Uист с учётом
их ошибок. Для этого изобразите интервалы значений этих величин на одной
числовой прямой и определите где они пересекаются.
U
Рассчитайте отклонение полученной вами величины от истинного значения по формуле:  
U  U ист
U ист
 100%
Сделайте вывод по проделанной работе:
27
Лабораторная работа № 10
Определяем сопротивление на участке цепи при помощи амперметра и
вольтметра.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, резистора, амперметра.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора.
Включите цепь и измерьте силу тока в цепи и напряжение на резисторе.
Запишите чему они равны в виде I = Iизмеренное ± ΔI , U = Uизмеренное ± ΔU,
где ΔI, ΔU- систематическая погрешность определения силы тока и напряжения мультиметром.
ΔI =
I=
ΔU =
U=
По закону Ома вычислите величину сопротивления Rтеор =
Рассчитайте ошибку косвенных измерений по формуле: R  Rтеор  (
I
U

)
I изм U изм
ΔR=
Результат запишите в виде R= Rтеор ± ΔR
При помощи мультиметра измерьте истинное значение сопротивления
Rист и запишите его с учётом ошибки измерения:
Rист =
28
Сравните полученные значения величин сопротивления R и Rист с учётом их ошибок: для этого изобразите интервалы значений этих величин на
одной числовой прямой и определите где они пересекаются.
R
Рассчитайте отклонение полученной вами величины от истинного значения по формуле:  
R  Rист
Rист
 100%
Сделайте вывод по проделанной работе:
29
Лабораторная работа № 11
Градуируем переменный резистор по напряжению.
Соберите цепь, состоящую из батарейки, переменного резистора (выходы 1 и 3) и подключенного к нему вольтметра.
Поверните рукоятку переменного сопротивления против часовой
стрелки до упора.
Меняя сопротивление переменного резистора вращением ручки из одного крайнего положения в другое, снимайте показания вольтметра через
каждые 5°.
Полученные значения занесите в таблицу.
α, º
U, В
α, º
U, В
Исходя их данных таблицы, постройте график зависимости напряжения
от угла поворота ручки переменного сопротивления:
30
U, В
α, º
Определите систематическую погрешность определения напряжения
по шкале градуированного переменного резистора (ΔU =
).
Поставьте указатель переменного резистора в произвольное положение, не совпадающее со штрихом, и по графику определите значение напряжения и запишите его значение с учётом ошибки измерения.
U=
Затем при помощи вольтметра измерьте напряжение и рассчитайте
ошибку ΔUизм =
Результат запишите в виде U=U±ΔU
Uизмеренное=
Сравните со значением, полученным по графику в пределах ошибок.
Сделайте вывод по проделанной работе:
31
Лабораторная работа № 12
Градуируем переменный резистор по сопротивлению.
Изобразите цепь, состоящую из омметра, подключенного к переменному резистору (выходы 1 и 3).
Соберите электрическую цепь из реального оборудования.
Поверните рукоятку переменного сопротивления против часовой
стрелки до упора. Меняя сопротивление переменного резистора вращением
ручки из одного крайнего положения в другое, снимайте показания омметра
через каждые 10-20°.
Полученные значения занесите в таблицу.
α, º
R, Ом
α, º
R, Ом
Исходя их данных таблицы, постройте график зависимости сопротивления от угла поворота:
R, Ом
32
α, º
По графику определите ошибку определения величины сопротивления
ΔR=
Поставьте указатель переменного резистора в произвольное положение, не совпадающее со штрихом, и по графику определите значение сопротивления. Запишите его значение с учётом ошибки.
R=
При помощи омметра измерьте сопротивление и рассчитайте его
ошибку ΔRизм=
.
Результат запишите в виде R=R±ΔR
Rизмеренное=
Сравните со значением, полученным по графику в пределах ошибок.
Сделайте вывод по проделанной работе:
33
Лабораторная работа № 13
Градуируем переменный резистор по току.
Изобразите цепь из последовательно соединенных батарейки, выключателя, амперметра и переменного резистора (выходы 1 и 3).
Соберите цепь из деталей конструктора.
Поверните рукоятку переменного сопротивления против часовой
стрелки до упора. Меняя сопротивление переменного резистора вращением
ручки из одного крайнего положения в другое, снимайте показания амперметра через каждые 10-20°. Полученные значения занесите в таблицу.
α, º
I, А
α, º
I, А
Исходя их данных таблицы, постройте график зависимости силы тока
от угла поворота:
I, А
34
α, º
Определите систематическую погрешность определения тока по шкале
градуированного переменного резистора (ΔI =
).
Поставьте указатель переменного резистора в произвольное положение, не совпадающее со штрихом, и по графику определите значение тока и
запишите его значение с учётом ошибки измерения.
I=
При помощи амперметра измерьте силу тока и рассчитайте ошибку
ΔIизм =
Результат запишите в виде I=I±ΔI
Iизмеренное=
Сравните со значением, полученным по графику в пределах ошибок.
Сделайте вывод по проделанной работе:
35
Лабораторная работа № 14
Определяем величину сопротивления по величине тока в цепи.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите схему электрической цепи, состоящую из последовательно соединенных
батарейки, выключателя, переменного резистора и амперметра. Используйте
градуировочную кривую, построенную в работе «Градуируем переменное
сопротивление».
Сконструируйте цепь из деталей конструктора. В качестве амперметра
используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и, изменяя величину сопротивления R, фиксируйте показания амперметра. Данные занесите в таблицу.
№
1
2
3
4
5
6
7
8
I±ΔI,
мА
R±ΔR,
Ом
По результатам измерений представленных в таблице постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Для этого выберите нужный
масштаб, изобразите экспериментальные точки на координатной плоскости c
учётом величины погрешности и соедините их плавной кривой. Проведите
ёще две кривые (выше и ниже имеющейся), проходящие через минимальные
и максимальные значения экспериментальных точек (в пределах ошибки их
36
определения). Полученная полоса определяет погрешность определения величины сопротивления по этому графику.
I, mА
R,Ом
Замените переменный резистор R на резистор с неизвестным сопротивлением (R1). Включите цепь и запишите показания амперметра: I =
По графику определите величину сопротивления R1 и ошибку ΔR1:
R1 =
При помощи мультиметра измерьте истинное значение сопротивления
Rист и запишите его с учётом ошибки измерения:
Rист =
Сравните значения сопротивлений в пределах ошибки. Рассчитайте отклонение полученной вами величины от истинного значения по формуле:

R1  Rист
Rист
37
 100%
Сделайте вывод по проделанной работе:
38
Лабораторная работа № 15
Определяем сопротивление проводника при помощи
моста Уитстона.
Соберите электрическую цепь из деталей конструктора, приведенную
В
на рисунке.
Rx
R1
А
А
r1
r2
D
С
Сопротивление R1 = 120 Ом. В качестве неизвестного сопротивления
возьмите любое из имеющихся в наборе.
В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Вращая ручку переменного резистора, найдите такое ее положение, при
котором достигается равновесие моста, то есть амперметр показывает нулевое значение.
Чтобы в цепи гальванометра не было тока, необходимо чтобы потенциалы точек В и D были одинаковыми. Это условие будет выполняться если
U AB  U AD и U BC  U DC .
Так как через резисторы R1 и Rх протекает один и тот же ток, то:
U AB Rх
.

U BC R1
Из условия равенства токов, протекающих через резисторы r1 и r2, следует:
U AD  I 2 r1 и U DC  I 2 r2 ;
U AD r1
 .
U DC r2
39
Так как U AB  U AD и U BC  U DC , то
Следовательно:
U AB U AD
.

U BC U DC
Rx r1
 .
R1 r2
Таким образом, зная одно сопротивление и плечи переменного сопротивления можно найти неизвестное сопротивление.
Используя работу № 14 «Градуируем переменный резистор по сопротивлению» определите по графику сопротивление переменного резистора r1.
Рассчитайте значение плеча r2 = rmax – r1 , rmax = 219 Ом
Все результаты занесите в таблицу.
№
r1,
r2,
Rx,
Rср,
ΔR=|Rx-Rср|,
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
1
2
3
Рассчитайте значение неизвестного сопротивления, зная что
Повторите измерения ещё 2 раза. Заполните таблицу.
Определите среднее значение величины сопротивления
Rср=
3
Рассчитайте случайную ошибку по формуле Rсл 
40
 R
i
i 1
3
Rx r1
 :
R1 r2
Результат запишите в виде R=Rср±ΔRсл
R=
Измерьте истинное значение сопротивления при помощи омметра и
рассчитайте абсолютную систематическую ошибку ΔR. Окончательный результат запишите в виде R = Rизмеренное ± ΔR:
R=
Сравните полученные результаты в пределах ошибок измерения и сделайте вывод по проделанной работе:
41
Лабораторная работа № 16
Учимся регулировать силу тока с помощью реостата.
Для регулирования силы тока в цепи применяется специальный прибор
– реостат. В качестве него мы будем использовать переменный резистор,
имеющий три выхода.
Используйте условное обозначение переменного резистора:
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, лампочки, переменного резистора (выходы 1 и 3) и амперметра.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). Поверните рукоятку переменного сопротивления против
часовой стрелки до упора.
Включите цепь и, плавно меняйте сопротивление переменного резистора, вращая ручку из одного крайнего положения в другое.
По шкале лимба определите сопротивление, опираясь на работу «Градуируем переменный резистор по сопротивлению».
Измерьте силу тока и запомните яркость лампы. Результаты занесите в
таблицу (при максимальном сопротивлении, среднем и минимальном).
42
Сопротивление
R, Ом
I,А
Накал нити
лампы
Наибольшее
Среднее
Наименьшее
Проанализируйте результаты опытов, находящиеся в таблице и сделайте вывод о том, как изменяется сила тока от крайнего правого положения до
крайнего левого положения, а также как изменяется интенсивность свечения
лампочки:
43
Лабораторная работа № 17
Изучаем переменный резистор, исполняющий роль делителя
напряжения – потенциометра.
В соответствии с приведенной электрической схемой соберите цепь из
деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). Поверните рукоятку переменного сопротивления против часовой стрелки до упора. Включите цепь и, плавно меняя сопротивление переменного резистора вращением
ручки из одного крайнего положения в другое, следите за показанием вольтметра. Опишите и объясните наблюдаемое явление:
К переменному резистору подключите две лампочки: одну к выходам 1
и 3, другую – к выходам 2 и 3. Изобразите электрическую схему, используя
условные обозначения элементов
44
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). Поверните рукоятку переменного сопротивления против
часовой стрелки до упора. Включите цепь и, плавно меняя сопротивление
переменного резистора вращением ручки из одного крайнего положения в
другое,
наблюдайте за изменением яркости ламп. Опишите и объясните
наблюдаемое явление:
Измеряя напряжение на лампах и общее напряжение при разных положениях движка резистора, установите зависимость между ними.
Результаты эксперимента занесите в таблицу.
№ опыта
1
2
3
4
5
6
U1 , В
U2 , В
U, В
Исходя из данных таблицы, сделайте вывод по проделанной работе:
45
Лабораторная работа № 18
Определяем работу и мощность электрического тока.
По значениям силы тока и напряжения, указанным на цоколе лампы,
определите ту мощность Pн, на которую она рассчитана. Эта мощность называется номинальной. Расчет ведите по формуле Pн =IнUн, где Iн и Uн – максимально допустимые во время длительной работы (номинальные) ток и
напряжение.
Pн =
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, амперметра и лампочки.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и измерьте силу тока в цепи. Используя мультиметр в
качестве вольтметра, определите напряжение на лампочке.
Рассчитайте мощность тока в лампе.
Определите работу A=Pt, которую совершает электрический ток в лампе за 10 секунд.
Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу, причем результат запишите в виде I = Iизмеренное ± ΔI , U = Uизмеренное ± ΔU, где ΔI, ΔUсистематическая погрешность определения силы тока и напряжения мультиметром.
46
Потребители тока
Pн, Вт
I, мА
U, В
P, Вт
A, Дж
Сравните, совпадает ли полученное значение мощности с номинальной. Если значения не совпадают, объясните причину этого:
Начертите схему для определения общей мощности: а) двух последовательно соединенных ламп; б) двух параллельно соединенных ламп.
Поочередно сконструируйте эти цепи, проведите измерения силы тока
и напряжения и вычислите мощность и работу тока за 10 секунд. Все данные
занесите в таблицу.
Сделайте вывод по проделанной работе:
47
Дополнительное задание: Аналогично предыдущим заданиям определите мощность и работу резистора R1. Для этого начертите схему.
Проведите измерения и заполните таблицу, причем результат запишите
в виде I = Iизмеренное ± ΔI , U = Uизмеренное ± ΔU, где ΔI, ΔU- систематическая
погрешность определения силы тока и напряжения мультиметром.
Потребители тока
I, мА
U, В
P, Вт
A, Дж
Обратите внимание на то, что во время работы резистор немного
нагревается. Почему?
48
Лабораторная работа № 19
Измеряем ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите схему электрической цепи, состоящую из последовательно соединенных
батарейки, амперметра, переменного резистора и выключателя. При измерении напряжения в цепи, вольтметр необходимо подключать непосредственно
к источнику питания.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки).
Используя мультиметр в качестве вольтметра, определите ЭДС элемента εизм при отключенной внешней цепи. Используя паспортные данные измерительного прибора, определите абсолютную погрешность ∆ε измерения
ЭДС. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
№
εизм ,
∆ε,
Iизм ,
∆I,
Uизм ,
∆U,
rизм ,
∆r,
В
В
А
А
В
В
Ом
Ом
1
2
3
4
Среднее значение
49
Внутреннее сопротивление источника тока можно определить косвенно, измеряя ток и напряжение, при замкнутом положении выключателя:
rизм 
 изм  U изм
I изм
(1)
Включите цепь и при помощи переменного резистора установите минимальную силу тока. Измерьте силу тока в цепи. Результат занесите в таблицу.
Используя паспортные данные измерительного прибора, определите
абсолютную погрешность ∆I измерения силы тока.
Используя мультиметр в качестве вольтметра, определите напряжение
на резисторе. Рассчитайте абсолютную погрешность ∆U измерения напряжения.
Изменяя положение ручки переменного сопротивления, проведите измерения силы тока и напряжения ёще три раза. Заполните таблицу.
Рассчитайте внутренне сопротивление rизм для каждого опыта по формуле (1).
Рассчитайте случайную ошибку измерений по формуле: r  r  rср для
каждого опыта и её среднее значение. Заполните таблицу.
Рассчитайте относительную ошибку измерений:  r 
rср
rср
 100%
Окончательный результат запишите в виде ε = εизм ± ∆ε, r = rср ±∆rср
50
ε=
r=
Сделайте вывод по проделанной работе:
51
Лабораторная работа № 20
Изучаем зависимость сопротивления металлического проводника
от его длины.
Для этого вам понадобится набор проводников, линейка и омметр.
В качестве исследуемого участка проводника поочередно берите проводники 1–7, затем, увеличивая длину вдвое – 1–2 , и потом утроенную длину – 1–9. Измерьте длины проводников l и определите абсолютную ошибку
∆l. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
Проводник
lизмеренное ,м
∆l, м
Rизмеренное, Ом
∆R, Ом
1–7
1–2
1–9
Измерьте сопротивления, указанных в таблице проводников. В качестве омметра используйте цифровой мультиметр.
По паспортным данным измерительного прибора определите абсолютную систематическую погрешность в определении сопротивления ΔR.
Результат запишите в виде l = lизмеренное ± Δl , R = Rизмеренное ± ΔR:
l1-7 =
R1-7 =
l1-2 =
R1-2 =
l1-9 =
R1-9 =
52
Выберите масштаб и постройте график зависимости величины сопротивления от длины проводника с учетом ошибок. Для этого изобразите экспериментальные точки на координатной плоскости и проведите через них
наилучшую плавную кривую.
R,Ом
l, м
Сделайте вывод о виде графика и о проделанной работе:
53
Лабораторная работа № 21
Изучаем зависимость сопротивления металлического проводника
от его площади поперечного сечения.
Для работы используйте первые три проводника, диаметр которых равен 0,150±0,005 мм.
В первом опыте измерьте сопротивление проводника 1- 7.
Во втором опыте увеличьте площадь поперечного сечения проводника
в два раза, соединив перемычкой точки 1 и 2. Измерьте его сопротивление.
Для третьего опыта увеличьте площадь поперечного сечения проводника в три раза, соединив еще одной перемычкой точки 8 и 9. Измерьте его
сопротивление.
Все результаты занесите в таблицу.
№
S,
∆S,
R,
∆R,
опыта
мм2
мм2
Ом
Ом
1
2
3
Рассчитайте площадь поперечного сечения проводников:
54
Определите абсолютную ошибку ∆S по формуле: S 
d
2
d
По паспортным данным измерительного прибора определите абсолютную систематическую погрешность в определении сопротивления (ΔR).
Результат запишите в виде: S = S ± ΔS , R = R ± ΔR:
S1 =
R1 =
S2 =
R2 =
S3 =
R3 =
Выберите масштаб и постройте график зависимости величины сопротивления от площади поперечного сечения проводника с учетом ошибок. Для
этого изобразите экспериментальные точки на координатной плоскости и
R,Ом
S, мм2
55
проведите через них наилучшую плавную кривую.
Сделайте вывод о виде графика и о проделанной работе:
56
Лабораторная работа № 22
Изучаем зависимость сопротивления металлического проводника
от материала, из которого он изготовлен.
Для работы используйте фехраль (проводник 3 – 9), константан (проводник 4 – 10) и нихром (проводник 5 – 11).
Измерьте сопротивление всех проводников. В качестве омметра используйте мультиметр в режиме измерения сопротивления.
Результаты запишите в таблицу.
Вещество
R, Ом
ΔR,Ом
фехраль
константан
нихром
Для каждого значения сопротивления рассчитайте погрешность его
определения. Для этого используйте паспорт прибора.
Проанализируйте результаты, приведенные в таблице, и сделайте вывод по проделанной работе:
57
Лабораторная работа № 23
Определяем длину проводника.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, амперметра и проводника.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и измерьте силу тока в цепи. Используя мультиметр в
качестве вольтметра, определите напряжение в проводнике. Результаты измерений занесите в таблицу.
I±ΔI,
U ±ΔU,
R ±ΔR,
d±Δd,
ρ±Δ ρ,
l±Δl,
А
В
Ом
мм
Ом·м
м
Рассчитайте сопротивление проводника по закону Ома:
Рассчитайте ошибку определения величины сопротивления проводника
по формуле R  R  (
I U

)
I
U
58
Запишите формулу для расчёта сопротивления проводника через его
геометрические размеры:
R=
Запишите формулу для расчета длины проводника l:
Диаметр и удельное сопротивление, используемого в эксперименте
проводника, посмотрите в таблице приложения.
Рассчитайте длину проводника и полученный результат занесите в таблицу.
Рассчитайте погрешность в определении длины проводника по формуле: l  l  (
R d 


)
R
d

Сравните полученный результат с истинным, для этого измерьте линейкой длину проводника и запишите его с учетом ошибки измерения линейкой: l =
Сравните вычисленное и измеренное значения длины проводника с
учетом их ошибок
Сделайте вывод по проделанной работе:
59
Лабораторная работа № 24
Определяем диаметр проволочного проводника.
В качестве исследуемых проводников используйте два любых провода.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, амперметра и проводника.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и измерьте силу тока в цепи. Используя мультиметр в
качестве вольтметра, определите напряжение в проводнике. Результаты измерений занесите в таблицу.
№
I±ΔI,
А
U±ΔU,
В
R±ΔR,
Ом
l±Δl,
м
ρ,
Ом·м
S,
м2
d±Δd,
м
1
2
Рассчитайте сопротивление проводника (из закона Ома) и ошибку его
определения по формуле R  R  (
U I
 )
U
I
60
Запишите выражение для площади поперечного сечения проводника S
через характеристики проводника
Длину проводника измерьте при помощи линейки. Удельное сопротивление посмотрите в таблице приложения.
Рассчитайте площадь обоих проводников и полученный результат занесите в таблицу.
Выведите формулу для вычисления диаметра проводника,
Рассчитайте диаметр каждого проводника и погрешность его определения по формуле d  d 
2

(
l R

).
l
R
Сравните полученный результат с истинным значением, приведенным
в таблице приложения в пределах погрешности.
Сделайте вывод по проделанной работе:
61
Лабораторная работа № 25
Определяем материал, из которого изготовлен проводник.
Для работы вам понадобится: набор проволочных проводников, линейка и омметр.
Возьмите проводник R(1-7) из набора и измерьте его длину, в таблице
посмотрите диаметр. Затем измерьте сопротивление, используя в качестве
омметра цифровой мультиметр. Результаты измерений занесите в таблицу.
Проводник
lизмер±Δl ,
d,
S,
Rизмер±ΔR ,
ρ±Δ ρ,
м
м
м2
Ом
Ом · м
Вещество
R(1-7)
R(4-10)
R(5-11)
Выведите формулу для расчета удельного сопротивления материала ρ,
из которого сделан проводник:
Рассчитайте площадь S  
и ошибку его определения (    (
d2
, удельное сопротивление проводника
4
R S

) ) . Полученные результаты занеR
S
сите в таблицу.
62
Опыт повторите еще два раза с проводниками из других металлов.
Данные занесите в таблицу.
Сравните полученный результат с данными, приведенными в справочной таблице удельных сопротивлений (см. в приложении) с учётом ошибок
измерения, и определите, из какого материала изготовлены исследуемые
проводники.
Сделайте вывод по проделанной работе:
63
Лабораторная работа № 26
Изучаем последовательное соединение проводников.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, амперметра и двух резисторов.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и измерьте силу тока I1 на первом резисторе, силу тока
I2 на втором резисторе и силу тока I на всем участке цепи.
Результат измерений запишите в таблицу:
Физ. велич.
Участок R1
Участок R2
Весь участок
Вывод
I, А
Сравните полученные данные и сделайте вывод:
Изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя и двух резисторов:
64
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки).
Включите цепь. Используя мультиметр в качестве вольтметра, измерьте напряжение U1 на резисторе R1, U2 на резисторе R2 и общее напряжение U
на них. Результаты измерений занесите в таблицу:
Физ. велич.
Участок R1
Участок R2
Весь участок
Вывод
U, В
Сравните значения напряжений и сделайте вывод о том, из чего складывается общее напряжение:
Дополнительное задание: Определите напряжение на участке цепи.
Для этого изобразите цепь, состоящую из трех последовательно соединенных резисторов и источника питания.
Соберите эту цепь из деталей конструктора. Используя в качестве
вольтметра цифровой мультиметр, измерьте напряжение на резисторе R1 и
запишите его значение.
U1 =
Затем измерьте напряжение на резисторе R2 и общее напряжение
участка цепи.
U2 =
Uоб =
65
Определите напряжение U3 резистора R3.
Сравните полученное напряжение с истинным, измерив его.
Uист =
Рассчитайте отклонение полученной вами величины от истинного значения по формуле:  
U  U ист
U ист
 100%
Сделайте вывод по проделанной работе:
66
Лабораторная работа № 27
Изучаем параллельное соединение проводников.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из двух параллельно соединенных резисторов и последовательно подключенных к ним батарейки, выключателя и амперметра.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и измерьте силу тока Iн в цепи до разветвления.
Определите силу тока I1, текущего через участок R1. Включите для этого амперметр в цепь между точкой разветвления и первым резистором.
Переключите амперметр во вторую ветвь цепи (между точкой разветвления и вторым резистором). Измерьте силу тока I2, текущего через
уча-
сток R2.
Определите силу тока Iк в цепи после разветвления.
Результат измерений запишите в таблицу:
Физ. ве-
До раз-
личина
ветвления
Участок R1
Участок R2
После раз-
Вывод
ветвления
I, А
Сравните полученные данные и сделайте вывод о том, какая существует связь между силами токов Iн, I1, I2 и Iк:
67
Изобразите цепь, состоящую из двух параллельно соединенных резисторов и последовательно подключенных к ним батарейки и выключателя.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки).
Включите цепь. Используя мультиметр в качестве вольтметра, измерьте напряжение U1 на резисторе R1, U2 на резисторе R2 и общее напряжение
U на всем участке. Результаты измерений занесите в таблицу:
Физ. велич.
Участок R1
Участок R2
Весь участок
Вывод
U, В
Сравните полученные значения и сделайте вывод:
Дополнительное задание: Определите силу тока на участке цепи.
Для этого изобразите цепь, состоящую из трех параллельно соединенных резисторов, источника питания и кнопочного выключателя.
68
Соберите эту цепь из деталей конструктора. Используя в качестве амперметра цифровой мультиметр измерьте силу тока на участке R1 и запишите его значение.
I1 =
Затем измерьте силу тока на участке R2 и силу тока во всей цепи.
I2 =
Iоб =
Определите силу тока I3 на участке R3.
Сравните полученное значение силы тока с истинным, измерив его.
Iист =
Рассчитайте отклонение полученной вами величины от истинного значения по формуле:  
I  I ист
I ист
 100%
Сделайте вывод по проделанной работе:
69
Лабораторная работа № 28
Изучаем параллельное и последовательное соединение проводников.
Для изучения законов параллельного соединения возьмите резистор R1.
При помощи мультиметра измерьте сопротивление этого проводника. Результаты измерений занесите в таблицу:
Параллельное соединение
R1 , Ом
R2 , Ом
Rоб , Ом
1
, Ом 1
R1
1
, Ом 1
R2
1
1

, Ом 1
R1 R2
1
, Ом 1
Rоб
К свободным концам резистора R1 подключите резистор R2. Измерьте
общее сопротивление Rоб проводников в точках их соединения.
Изобразите схему соединения проводников:
Разомкните цепь в одной точке и измерьте сопротивление второго проводника R2.
Проведите необходимые вычисления по данным таблицы. Сравните
два последних столбца. Сделайте вывод о способе расчета общего сопротивления проводников при их параллельном соединении:
70
Для изучения законов последовательного соединения возьмите резистор R1. При помощи мультиметра определите сопротивление этого проводника. Результаты измерений занесите в таблицу:
Последовательное соединение
R1 , Ом
R2 , Ом
R1  R2 , Ом
R12 , Ом
R3 , Ом
R1  R2  R3 , Ом
R13 , Ом
Возьмите резистор R2. Измерьте его сопротивление.
К имеющемуся резистору R1 подсоедините последовательно резистор
R2 . Изобразите схему соединения проводников:
Измерьте общее сопротивление двух резисторов R12 .
Соедините последовательно еще один резистор R3 , измерив предварительно его сопротивление. Изобразите схему соединения проводников:
Измерьте общее сопротивление резисторов R13 .
Проведите необходимые вычисления по данным таблицы. Сделайте
вывод о способе расчета общего сопротивления проводников при их последовательном соединении:
71
Запишите формулы для расчета общего сопротивления для последовательного и параллельного соединения N проводников:
последовательное:
параллельное:
Дополнительное задание: Определите неизвестное сопротивление.
Для этого возьмите резистор R1 и измерьте его сопротивление.
К одному концу подсоедините второй резистор R2 и измерьте его сопротивление.
Подсоедините третий резистор к двум свободным концам и измерьте
сопротивление между точками соединения этого резистора с первыми двумя.
Изобразите схему соединения проводников:
По полученным результатам измерений найдите сопротивление третьего резистора R3:
Для проверки полученного ответа разомкните цепь в точках соединения резистора R3 и измерьте его сопротивление (R изм). Сравните полученный результат с расчётным по формуле:
72

R3  Rизм
Rизм
 100%
Сделайте вывод о точности применения закона Ома для расчёта величины сопротивления для участка цепи.
73
Лабораторная работа № 29
Изучаем вольтамперную характеристику лампы накаливания.
Изобразите электрическую схему для выполнения данного исследования: последовательно соедините источник питания, лампочку, амперметр и
кнопочный выключатель.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и измерьте силу тока в цепи. Используя мультиметр в
качестве вольтметра, определите напряжение на лампочке. Результаты измерений занесите в таблицу.
Увеличивая напряжение на 1 элемент. Измеряйте силу тока в цепи и
напряжение на резисторе.
U, В
I, мА
По результатам измерений представленных в таблице постройте график зависимости силы тока от величины напряжения на лампе накаливания
(вольтамперную характеристику лампы). Для этого выберите нужный масштаб, изобразите экспериментальные точки на координатной плоскости и соедините их плавной кривой.
74
I, mА
U,B
Сделайте вывод о виде вольтамперной характеристики для лампы
накаливания:
Объясните вид получившейся вольтамперной характеристики:
Почему спирали осветительных ламп накаливания чаще всего перегорают в момент включения?
75
Дополнительное задание: Определите сопротивление нити накала лампы при различных значениях силы тока и напряжения.
Для этого значения силы тока и напряжения определите по графику
вольтамперной характеристики. Вычисления производите по закону Ома для
участка цепи. Все данные занесите в таблицу.
U, В
I, А
R, Ом
Проанализируйте полученные данные и сделайте вывод о зависимости
сопротивления нити накала лампы от изменения силы тока и напряжения в
цепи.
76
Лабораторная работа № 30
Изучаем вольтамперную характеристику светодиода.
Изобразите схему из последовательно соединенных источника питания,
светодиода, амперметра и кнопочного выключателя.
Важно!! Соблюдайте полярность включения светодиода.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и измерьте силу тока в цепи. Используя мультиметр в
качестве вольтметра, определите напряжение на светодиоде. Результаты измерений занесите в таблицу.
Увеличивая напряжение на 1 элемент. Измеряйте силу тока в цепи и
напряжение на резисторе.
U, В
I, А
По результатам измерений представленных в таблице постройте график зависимости силы тока от величины напряжения на лампе накаливания
(вольтамперную характеристику лампы). Для этого выберите нужный масштаб, изобразите экспериментальные точки на координатной плоскости и соедините их плавной кривой.
77
I, mА
U,B
Сделайте вывод о виде вольтамперной характеристики для светодиода:
Объясните вид получившейся вольтамперной характеристики:
78
Лабораторная работа № 31
Изучаем одностороннюю проводимость диода.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите схему электрической цепи, состоящую из последовательно соединенных
батарейки, выключателя, лампочки и диода, включенного в прямом направлении. Используйте условное обозначение диода:
Прямое включение: «+» диода подключен к плюсу батареи.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). Включите цепь и посмотрите, что происходит с лампой.
Используя мультиметр в качестве вольтметра, определите напряжение
U1 на лампе, U2 на диоде и U на участке «лампа-диод»:
U1 =
U2 =
U=
Сделайте вывод, исходя из значений этих измерений:
79
Сравнивая напряжение на лампе и диоде, ответьте на вопрос: какой из
этих элементов оказывает большее, а какой меньшее влияние на величину
тока в цепи?
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, лампочки и диода, включенного в обратном направлении.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). Включите цепь и посмотрите, что происходит с лампой.
Объясните почему?
Используя мультиметр в качестве вольтметра, определите напряжение
U1 на лампе , U2 на диоде и U на участке «лампа-диод»:
U1 =
U2 =
U=
Сделайте вывод, исходя из этих измерений:
80
Объясните, какое сопротивление оказывает току диод, включенный в
обратном направлении?
Сделайте вывод по проделанной работе:
Дополнительное задание: Определите сопротивление лампы и
диода, включенного в прямом направлении.
Используя условные обозначения, находящиеся на элементах, изобразите цепь, состоящую из последовательно соединенных батарейки, выключателя, амперметра, лампочки и диода, включенного в прямом направлении.
Сконструируйте цепь из деталей конструктора (проверьте правильность ее сборки). В качестве амперметра используйте цифровой мультиметр.
Включите цепь и измерьте силу тока в цепи.
Результаты всех измерений и вычислений занесите в таблицу
Участок
I, мА
U1, В
Rтеор, Ом
Лампа
Диод
81
∆R, Ом
R, Ом
Используя мультиметр в качестве вольтметра, определите напряжение
на лампе и на диоде.
По закону Ома для участка цепи вычислите сопротивление лампы и
диода Rтеор.
Рассчитайте ошибку косвенных измерений по формуле: R  Rтеор  (
Результат запишите в виде R= Rтеор ± ΔR
R=
Сделайте вывод по проделанной работе:
82
I
U

)
I изм U изм
Лабораторная работа № 32
Изучаем зависимость сопротивления полупроводника от
температуры.
В данной работе дополнительно необходимо использовать бытовой
термометр с пределом измерения до 50 градусов.
Измерьте температуру холодной воды в стакане. К выводам полупроводника подключите омметр. Опустите полупроводник (транзистор) в холодную воду, налитую в стакан таким образом, чтобы «ножки» транзистора не
оказались в воде.
Результаты измерений занесите в таблицу.
R, Ом
t, ºС
Добавляя небольшими порциями горячую воду, фиксируйте изменения
температуры и показания омметра. Заполните таблицу.
По данным таблицы постройте график зависимости сопротивления полупроводника от температуры:
R, Ом
t, ºС
83
Сделайте вывод о виде получившейся кривой.
Запишите математическую формулу, отражающую представленную зависимость
Дополнительное задание: Определите температуру тела.
Для этого используйте полупроводник в качестве градусника. После
нагревания измерьте при помощи омметра его сопротивление
R=
Затем по графику определите температуру.
t=
После этого при помощи термометра измерьте температуру и сравните
со значением, полученным по графику.
tизмеренное=
Сделайте вывод по проделанной работе:
84
Лабораторная работа № 33
Изучаем зависимость сопротивления металлического проводника
от температуры.
В данной работе дополнительно необходимо использовать бытовой
термометр с пределом измерения до 50 градусов.
Налейте в стакан холодной воды и при помощи термометра измерьте ее
температуру. К выводам проводника подключите омметр. Опустите катушку,
изготовленную из медного провода в холодную воду.
Результаты измерений занесите в таблицу.
R, Ом
t, ºС
Добавляя небольшими порциями горячую воду, фиксируйте изменения
температуры и показания омметра. Заполните таблицу.
По табличным данным постройте график зависимости сопротивления
металлического проводника от температуры:
R, Ом
t, ºС
Сделайте вывод о виде получившейся кривой.
85
Запишите математическую формулу, отражающую представленную зависимость
Дополнительное задание: Смешайте в стакане в любых пропорциях
горячую и холодную воду и опустите в нее проводник. Измерьте её температуру и по графику определите значение сопротивления катушки.
t=
R=
При помощи омметра измерьте сопротивление катушки (не вынимая её
из воды) и сравните со значением, полученным по графику.
Rизмеренное=
Сделайте вывод по проделанной работе:
86
Приложение 1
Цифровой мультиметр серии М83.
В последние годы наряду со стрелочными (шкальными) измерительными приборами в школьной практике находят применение цифровые измерительные приборы. Одним из таких приборов является цифровой мультиметр серии М83, который и будет применяться во всех лабораторных работах.
Назначение
Мультиметры серии М83 (830А, 830В, 830С, 830D, 831,832, 833, 835,
837, 838) представляют собой портативный (70x126x24 мм, 170 г) электроизмерительный прибор 5-разрядным жидкокристаллическим индикатором
(дисплеем) (2) (максимальное число 1999) с батарейным питанием:
87
Предназначены для:
 измерения постоянного напряжения – сектор DCV
 измерения переменного напряжения – ACV
 измерения постоянного тока – DCA
 измерения сопротивления – Ω
 измерения больших токов – 10 А
 измерения коэффициента усиления транзисторов – hFE
 измерения температуры – °С
 проверки (прозвонки) цепей на обрыв – ●))))
 проверки целостности диодов и транзисторов –
 содержит генератор сигналов для испытания усилительных цепей
Режим работы прибора переключается ручкой (1).
Мультиметр в электрическую цепь включается при помощи черного и
красного проводников, оканчивающихся металлическими щупами. Черный
провод всегда включается в общее гнездо «COM» (3). Красный провод в зависимости от рода измерений включается в среднее гнездо «VΩmA» (4) или
в верхнее гнездо «10 АDC» (5).
Особенности
1. Полярность измеряемой величины (постоянного тока и напряжения)
определяется красным проводом и автоматически высвечивается на дисплее.
Подключение красного провода к точке с отрицательным потенциалом индуцируется знаком «–» на дисплее.
2. Перегрузка мультиметра предупреждается появлением на дисплее
знаков «1» или «–1». Это значит, что выбран меньший диапазон измерения,
чем измеряемая величина. При этом ручку переключателя рода измерений
нужно переставить на больший предел.
3. Мультиметр как амперметр включается в цепь только последовательно с участком, где измеряется сила тока. Непосредственное включение
щупов к источнику тока не допускается.
88
Только для измерения силы постоянного тока на пределе «10 А» красный провод включается в верхнее гнездо. При остальных измерениях красный провод включается в среднее гнездо «VΩmA».
Время измерения силы тока на пределе «10 А» не должно быть более
15 секунд.
4. Погрешность мультиметра указана двумя числами и определяется
как ± (%от считываемых данных плюс количество единиц младшего разряда)
(табл. 1). Например, для диапазона напряжений 200 B записано ± 0,5% ± 2.
Эта запись означает, что погрешность мультиметра в диапазоне от 200 мВ до
200 В равна сумме: ∆U=U·0,5/100 +2 единицы младшего разряда считываемого показания U. Пусть считываемое показание равно Uизмеренное = 137 В.
Следовательно погрешность измерения равна:
∆U = 137 В · 0,5/100 + 2 = 0,69 В + 2 В = 3 В.
Истинное значение величины напряжения находится в интервале:
(137 – 3) В < U < (137 + 3) В или U = (137 ± 3) В (U = Uизмеренное ± ∆U).
Таблица 1 Погрешности цифрового мультиметра 830В
Диапазон Погрешнизмере- ность изния
мерения
Постоянное напряжение
200 мВ
2000 мВ
±0,5%±2
20 В
200 В
1000 В
±0,8%±2
Переменное напряжение
200 В
750 В
±1,0%±10
750 В
Диапазон
измерения
Погрешнность
измерения
Постоянный ток
200 мкА
2000 мкА ±1,0%±2
20 мА
200 мА
±1,2%±2
10 А
±2,0%±2
89
Диапазон
измерения
Погрешнность
измерения
Сопротивление
200 Ом
2000 Ом ±0,8%±2
20 кОм
200 кОм
2000 кОм ±1,0%±2
Приложение 2
Таблица 1 Диаметр набора проводников
Материал
Фехраль
Фехраль
Фехраль Константан Нихром
Медь
Проводник
1–7
2–8
3–9
4 – 10
5 – 11
6 – 12
d, мм
0,15
0,15
0,15
0,12
0,1
0,1
Таблица2 Удельное сопротивление металлов и сплавов.
Металлы, сплавы
ρ, Ом · см
Константан (58,8% Cu, 40% Ni, 1.2% Mn)
(0,48 ± 0,04) · 10-4
Медь
(1,7 ± 0,1) · 10-6
Никель
(10 ± 0,5) · 10-6
Нихром (67,5% Ni, 15% Cr, 16% Fe, 1,5 Mn)
(1 ± 0,1) · 10-4
Фехраль (80% Fe, 14% Cr, 6% Al)
(1,2 ± 0,1) · 10-4
Хром
(2,7 ± 0,05) · 10-6
90